中国药科大学生物化学课件—05、蛋白质的结构
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蛋白质的结构及功能课件
2. 侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中 性氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
3. 侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
4. 侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
5. 侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
3. 氧化供能
蛋白质的结构及功能课件
第一节
蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
蛋白质的结构及功能课件
蛋白质的元素组成 主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、
Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还 含有 I 。
蛋白质的结构及功能课件
蛋白质的结构及功能课件
第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
蛋白质的结构及功能课件
一、蛋白质一级结构与功能的关系
（一）一级结构是空间构象的基础
二
硫
键
牛核糖核酸酶的 一级结构
蛋白质的结构及功能课件
去除尿素、 β-巯基乙醇
蛋白质的结构及功能课件
生物化学与医学
• 生物化学的理论与技术已渗透到医学科 学的各个领域
• 生物化学在生命科学中占有重要的地位 • 生物化学的发展促进了疾病病因、诊断
和治疗的研究
蛋白质的结构及功能课件
本课内容简介（一）
• 蛋白质的结构与功能 •酶 • 生物氧化 • 糖代谢 • 脂类代谢 • 氨基酸代谢
几种特殊氨基酸
Gly：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。
2. 侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中 性氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
3. 侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
4. 侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
5. 侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
蛋白质的结构及功能课件
3. 氧化供能
蛋白质的结构及功能课件
第一节
蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
蛋白质的结构及功能课件
蛋白质的元素组成 主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、
Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还 含有 I 。
蛋白质的结构及功能课件
蛋白质的结构及功能课件
第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
蛋白质的结构及功能课件
一、蛋白质一级结构与功能的关系
（一）一级结构是空间构象的基础
二
硫
键
牛核糖核酸酶的 一级结构
蛋白质的结构及功能课件
去除尿素、 β-巯基乙醇
蛋白质的结构及功能课件
生物化学与医学
• 生物化学的理论与技术已渗透到医学科 学的各个领域
• 生物化学在生命科学中占有重要的地位 • 生物化学的发展促进了疾病病因、诊断
和治疗的研究
蛋白质的结构及功能课件
本课内容简介（一）
• 蛋白质的结构与功能 •酶 • 生物氧化 • 糖代谢 • 脂类代谢 • 氨基酸代谢
几种特殊氨基酸
Gly：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。
蛋白质结构PPT课件
R1
R2
R3
R4
Rn
H2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCO………NHC HCOOH
• 肽链，氨基酸残基, 主链，侧链
• N—末端：含有自由氨基的一端，书写用H表示；
• C—末端：含有自由羧基的一端，书写用OH表示；
一、蛋白质的一级结构
1、肽的一般概念
➢二硫键：是由二个半胱氨酸残基的侧链 之间形成的。即胱氨酸的残基中的二硫键
白质的方式； 蛋白质的结构层次：
一级结构→二级结构→超二级结构→结构域 →三级结构→四级结构
一、蛋白质的一级结构
一、蛋白质的一级结构
1、肽的一般概念
肽：是一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α氨基之间脱去一分子水而通过肽键连接成的化合物。
肽键：一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α氨基缩合是区水而形成的酰胺键。
➢ 1.样品必需纯（>97%以上）。 ➢ 2.知道蛋白质的分子量。 ➢ 3.知道蛋白质由几个亚基组成。 ➢ 4.测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量
计算每种氨基酸的个数。 ➢ 5.测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。
4、蛋白质一级结构的测定
Sanger法氨基酸序列测定的大体步骤为： （一）蛋白质亚基数目的确定及其拆分 （二）多肽链的局部断裂和肽段的分离 （三）各个肽段氨基酸序列的测定 （四）氨基酸完整序列的拼接 （五）多肽链中二硫键位置的确定
N-末端第六位Glu→Val）.
4、蛋白质一级结构的测定
世界上第一个氨基酸序列 的测定是，1953年由Sanger 完成，他用10年的时间测定 了含有51个氨基酸残基的牛 胰岛素。
我国1965年在世界上第 一个用化学方法人工合成 的蛋白质就是这种牛胰岛 素。
中国药科大学生物化学课件—05、蛋白质的结构
（2）常用测定方法简介
目录
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
A.测定蛋白质分子中多肽链的数目。 通过测定末端氨基酸残基的摩尔 数与蛋白质分子量之间的关系，即 可确定多肽链的数目。
（2）常用测定方法简介
目录
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
B.多肽链的拆分。 由多条多肽链组成的蛋白质分子， 必须先进行拆分。
目录
O NH CH C R2 R3
O NH CH C R4
O NH CH C
R1
水解位点
肽链
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胃 蛋 白 酶
退出
Pepsin：R1＝Phe, Trp, Tyr; Leu以及 其它疏水性氨基酸 水解速度较快。 R2=Pro 水解受抑。
O NH CH C
目录
O NH CH C R2 R3
H N C S: O O R2
N C O C S NH CH R1
Edman 氨 基 酸 顺 序 分 析 法
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O R1 R2
O
O
CH C NH CH C
H
NH2 CH C S R2 N C NH C O CH
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HN CH C NH CH C R1
退出
R1
目录
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退出
蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
O NH CH C R4
O NH CH C
R1
水解位点
肽链
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嗜 热 菌 蛋 白 酶
thermolysin：R2=Leu、Ile、Phe、 Tyr、Val、Trp、Met 等疏水性强的 氨基酸水解速度较快。 R2=Pro或Gly 水解受抑。 R1或R3=Pro 水解受抑。
生物化学蛋白质的结构与功能 ppt课件
pH = pI
净电荷=0
+ OH+ H+ (pK´2)
R CH NH2 COO
pH > pI
净电荷为负
当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上 所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极 也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点 (isoelctric point)。
Titration Curve for Glutamic Acid
含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺
含吲哚基的氨基酸：色氨酸
含ε-氨基的氨基酸：赖氨酸
（二）氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决 于所处溶液的酸碱度。
R CH NH3+ COOH
pH< pI
净电荷为正
+ OH-
+ H+ (pK´1)
R CH NH3+ COO
* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:
1. 非极性疏水性氨基酸
甘氨酸 （Gly,G）
丙氨酸 （Ala,A）
缬氨酸 （Val,V）
亮氨酸 （Lue,L）
异亮氨酸 （Ile,I）
脯氨酸 （Pro,P）
2. 极性中性氨基酸
丝氨酸 （Ser,S）
苏氨酸 （Thr,T）
半胱氨酸 （Cys,C）
甲硫氨酸 （Met,M）
2. 紫外吸收
3. 茚三酮反应
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成 蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。 由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比 关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。 （Pro)
+
茚三酮(无色)
净电荷=0
+ OH+ H+ (pK´2)
R CH NH2 COO
pH > pI
净电荷为负
当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上 所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极 也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点 (isoelctric point)。
Titration Curve for Glutamic Acid
含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺
含吲哚基的氨基酸：色氨酸
含ε-氨基的氨基酸：赖氨酸
（二）氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决 于所处溶液的酸碱度。
R CH NH3+ COOH
pH< pI
净电荷为正
+ OH-
+ H+ (pK´1)
R CH NH3+ COO
* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:
1. 非极性疏水性氨基酸
甘氨酸 （Gly,G）
丙氨酸 （Ala,A）
缬氨酸 （Val,V）
亮氨酸 （Lue,L）
异亮氨酸 （Ile,I）
脯氨酸 （Pro,P）
2. 极性中性氨基酸
丝氨酸 （Ser,S）
苏氨酸 （Thr,T）
半胱氨酸 （Cys,C）
甲硫氨酸 （Met,M）
2. 紫外吸收
3. 茚三酮反应
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成 蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。 由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比 关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。 （Pro)
+
茚三酮(无色)
五、蛋白质的结构和功能-PPT课件
肌红蛋白/血红蛋白
含有血红素辅基 , 亚基与Mb的三级结构相似，结合O2。
（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基 与氧结合
Hb：四亚基，运输O2
Mb：单亚基，储存O2
肌红蛋白(myoglobin，Mb)
肌红蛋白是一个只有三级 结构的单链蛋白质，有8段α-螺 旋结构。
血红蛋白(hemoglobin，Hb)
第五章 蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
蛋白质（protein）
是生物体含量最多的生物大分子，由多 个氨基酸通过肽键相连而成的一类含氮 化合物。 人体含蛋白质种类多达10万余种，是细 胞中含量最丰富的高分子化合物。
二、蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白
（一）一级结构与功能的关系
1. 一级结构是空间结构与功能的基础
例：镰刀状红细胞贫血
血红蛋白链第6位氨基酸
6 C(146) 正常 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·glu ·glu ·····
病人
N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·val ·glu ····· C(146)
透析 * 透析 利用透析袋把大分
子蛋白质与小分子
化合物分开的方法。
透析装置
（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固：
• 变性定义：
在某些物理和化学因素作用下，其特
定的空间构象被破坏，也即有序的空 间结构变成无序的空间结构，从而导 致其理化性质改变和生物活性的丧失。
例：核糖核酸酶的变性与复性
天然状态， 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇 二硫键破坏 后，生物学活性 丧失。
含有血红素辅基 , 亚基与Mb的三级结构相似，结合O2。
（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基 与氧结合
Hb：四亚基，运输O2
Mb：单亚基，储存O2
肌红蛋白(myoglobin，Mb)
肌红蛋白是一个只有三级 结构的单链蛋白质，有8段α-螺 旋结构。
血红蛋白(hemoglobin，Hb)
第五章 蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
蛋白质（protein）
是生物体含量最多的生物大分子，由多 个氨基酸通过肽键相连而成的一类含氮 化合物。 人体含蛋白质种类多达10万余种，是细 胞中含量最丰富的高分子化合物。
二、蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白
（一）一级结构与功能的关系
1. 一级结构是空间结构与功能的基础
例：镰刀状红细胞贫血
血红蛋白链第6位氨基酸
6 C(146) 正常 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·glu ·glu ·····
病人
N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·val ·glu ····· C(146)
透析 * 透析 利用透析袋把大分
子蛋白质与小分子
化合物分开的方法。
透析装置
（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固：
• 变性定义：
在某些物理和化学因素作用下，其特
定的空间构象被破坏，也即有序的空 间结构变成无序的空间结构，从而导 致其理化性质改变和生物活性的丧失。
例：核糖核酸酶的变性与复性
天然状态， 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇 二硫键破坏 后，生物学活性 丧失。
《蛋白质的结构》PPT课件
36
精选课件ppt
(3) 球状蛋白质分子是紧密的球状或椭球状 实体
(4) 球状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部， 亲水侧链暴露在分子表面
疏水作用力是维持三级结构的主要动力。
(5) 球状蛋白质分子的表面有一个空穴(也称 裂沟、凹槽或口袋)
这种空穴常是结合底物、效应物等配体并 行使生物功能的活性部位。
亚基缔合还可以屏蔽亚基表面 上的疏水残基以避开溶剂水。
41
精选课件ppt
2. 使催化基团汇集在一起
寡聚体的形成可使不同单体亚基的催化基 团汇集在一起以形成完整的催化部位。
42
精选课件ppt
4. 使寡聚蛋白具有别构效应和协同性
多亚基蛋白质一般具有多个结合部位，结合 在蛋白质分子的特定部位上的配体对该分子 的其他部位所产生的影响(如改变亲和力或催 化能力)称为别构效应。
（4）β转角多数都处在蛋白质分子的表面， 在这里改变多肽链方向的阻力比较小。β转 角在球状蛋白质中的含量是相当丰富的， 约占全部残基的四分之一。
21
精选课件ppt
四、无规卷曲(randon coil)
22
精选课件ppt
超二级结构和结构域
23
精选课件ppt
一、超二级结构(super—secondary struture)
-“非极性基团
被极性水分子排 挤相互聚拢”作
用力。
离子键（
或盐键）
精选课件ppt
肽键 二硫键 离子键 氢键 疏水键 范德华力
键能
90kcal/mol
3kcal/mol 1kcal/mol 1kcal/mol 0.1kcal/mol
这四种键能远小于共价键，称次级键
提问：次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主
药学第4章蛋白质的化学PPT课件
常见的酶蛋白包括氧化还原酶、水解 酶和合成酶等。
酶蛋白的结构和功能与其催化的化学 反应密切相关，具有高度专一性。
05
蛋白质的功能
结构蛋白
维持生物体的形态和结构
结构蛋白是构成细胞、组织、器官的主要物质，如胶原蛋白 、角蛋白等，它们维持生物体的形态和结构，对生物体的正 常生理功能至关重要。
参与细胞骨架构建
活性。
蛋白质的水解
蛋白质在酸、碱或酶的作用下可 水解成氨基酸。水解反应分为完
全水解和部分水解。
蛋白质的氧化
某些化学物质如过氧化氢可与蛋 白质发生氧化反应，导致蛋白质
变性或交联。
04
蛋白质的分类
单纯蛋白质
单纯蛋白质仅由氨基 酸组成，不含其他化 学成分。
常见的单纯蛋白质包 括胶原蛋白、角蛋白 和丝心蛋白等。
氨基酸在蛋白质中以肽键的形式 连接，形成肽链。
肽键
肽键是氨基酸在肽链中连接的 化学键，由一个氨基酸的氨基 与另一个氨基酸的羧基脱水缩 合形成。
肽键具有高度的稳定性，是维 持蛋白质空间构象和生物学活 性的重要因素。
肽键的形成需要消耗能量，是 蛋白质合成过程中的关键步骤。
肽
肽是由两个或多个氨基酸通过肽键连接形成的化合物，是蛋白质的基本组成单位。
分子伴侣、生物合成机制等。
重要性
决定蛋白质的高级结构和功能特异性。
03
蛋白质的性质
蛋白质的溶解性
蛋白质的溶解性
蛋白质在水或盐溶液中的溶解度取决于其氨基酸组成和结构。一些蛋白质能溶于水，称为 亲水蛋白质，而另一些则不溶于水，称为疏水蛋白质。亲水蛋白质如血清白蛋白和球蛋白 ，具有良好的溶解性。
影响蛋白质溶解性的因素
蛋白质具有一定的导电性，但其导电 能力远低于离子。蛋白质的导电性与 溶液的离子强度和pH有关。
生物化学课件蛋白质结构与功能
（1）-螺旋(-helix) ——最常见
• 多肽链中的各个肽平面围绕
同一轴旋转，形成螺旋结构， 螺旋一周，沿轴上升的距离 即螺距为0.54nm,含3.6个Aa 残基；两个Aa之间的距离为 0.15nm； Aa残基侧链伸向外侧，相邻 的螺圈之间形成链内氢键； 天然蛋白质的-螺旋通常都 是右手-螺旋。
一级结构
二级结构
三级结构
四级结构
aa顺序
α-螺旋
多肽链
（单体蛋白或亚基）
寡聚蛋白
2.蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构(primary structure)指蛋白 质分子中氨基酸残基的排列顺序。 蛋白质的化学结构包括组成蛋白质的多肽链 数目，多肽链的氨基酸序列，以及多肽链内 或链间二硫键的数目和位置。 二硫键（disulfide bond）：由肽链中相应部 位上两个半胱氨酸残基的侧链脱氢形成。
血中氧分子的运送：
任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力
氧 分 子 (R) 松弛态
肺
环境氧高时 Hb 快速吸收氧分子
环境氧低时 动脉 Hb 迅速释放氧分子
静脉
(T) 紧张态 释放氧分子后 Hb 变回 T 态
肌肉
血红蛋白
肌红蛋白
六、蛋白质的重要性质
1.蛋白质的两性电离和等电点
蛋白质由氨基酸组成，和氨基酸一样，
②加入有机溶剂
• 向蛋白质溶液中加入有机溶剂（如甲醇、乙 醇、丙酮）会使蛋白质沉淀，原因是：
——这些有机溶剂与水的亲和力大于蛋白质， 破坏了蛋白质周围的水膜； ——有机溶剂的介电常数比水小，导致溶 液的极性减小，增加了蛋白质之间的静电吸 引力，从而聚集沉淀。
③加入重金属
《蛋白质结构》PPT课件
构）；大的单体蛋白有数个结构域 酶蛋白的活性中心往往
位于结构域之间，有利 于活性中心与底物结合
12
4、蛋白质的三级结构
多肽链在二级结构、超二级结构和结构域等结构 层次的基础上，组装而成的完整结构单元。
三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间 上的重新排布。
举例：1963年Kendrew等通过鲸肌红蛋白的x-射 线衍射分析，测得了它的空间结构
4
（1）α－螺旋（α－helix）
a-螺旋：是多肽链沿长轴卷曲 而成的有规则的螺旋型构象。
要点 每个螺旋含3.6个AA残基，螺距
0.54nm，螺旋直径0.5nm,每个残 基绕轴旋转100o ; 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链 都伸向外侧
5
相邻螺旋间（第n个氨基酸残基C=O的氧与第n+4 个氨基酸残基的-NH氢之间）形成平行于螺旋轴 的氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成
20
（三）蛋白质的变性
概念：天然蛋白质受物理或化学因素的影响，分 子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化， 致使其原有性质和功能发生部分或全部丧失。
变性的因素及作用机制
因素
作用机制
热
破坏氢键
酸碱
破坏盐键
醇
分子进入肽链间空隙，破坏次级键
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高浓度尿素 破坏氢键
盐酸胍
破坏氢键，使-SH暴露
21
变性后的特征
谷氨酸、丝氨酸 8、请列举氨基酸的化学性质，并简述其应用。
作业：P61 3、4
28
3
2、蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构：蛋白质分子中多肽链本身折叠和 盘绕的方式，它仅涉及肽链中主链的构象，并不涉及 侧链的构象。
蛋白质主链的折叠是由氢键维系的有规则的重复构象 组成
位于结构域之间，有利 于活性中心与底物结合
12
4、蛋白质的三级结构
多肽链在二级结构、超二级结构和结构域等结构 层次的基础上，组装而成的完整结构单元。
三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间 上的重新排布。
举例：1963年Kendrew等通过鲸肌红蛋白的x-射 线衍射分析，测得了它的空间结构
4
（1）α－螺旋（α－helix）
a-螺旋：是多肽链沿长轴卷曲 而成的有规则的螺旋型构象。
要点 每个螺旋含3.6个AA残基，螺距
0.54nm，螺旋直径0.5nm,每个残 基绕轴旋转100o ; 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链 都伸向外侧
5
相邻螺旋间（第n个氨基酸残基C=O的氧与第n+4 个氨基酸残基的-NH氢之间）形成平行于螺旋轴 的氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成
20
（三）蛋白质的变性
概念：天然蛋白质受物理或化学因素的影响，分 子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化， 致使其原有性质和功能发生部分或全部丧失。
变性的因素及作用机制
因素
作用机制
热
破坏氢键
酸碱
破坏盐键
醇
分子进入肽链间空隙，破坏次级键
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高浓度尿素 破坏氢键
盐酸胍
破坏氢键，使-SH暴露
21
变性后的特征
谷氨酸、丝氨酸 8、请列举氨基酸的化学性质，并简述其应用。
作业：P61 3、4
28
3
2、蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构：蛋白质分子中多肽链本身折叠和 盘绕的方式，它仅涉及肽链中主链的构象，并不涉及 侧链的构象。
蛋白质主链的折叠是由氢键维系的有规则的重复构象 组成
中国药科大学生物化学基地班第四章蛋白质化学
动物的毛发和指甲都是由角蛋白构 成的。
1. 催化
2. 调节 3. 受体 4. 转运 5. 贮存 6. 运动 7. 结构成分 8. 防御 9. 异常功能
有些蛋白质具有主动的防护功能，抵 抗外界不利因素对生物体的干扰。
如脊椎动物体内的免疫球蛋白（抗 体），能中和外来有害物质（抗原）。
抗冻蛋白：南极水域中某些鱼类血液 中含有，保护血液不被冻凝。
（2）含羟基或硫aa
（３）酸性aa及其酰胺
（４）碱性aa
２、芳香族aa
３、杂环aa
（二）不常见的蛋白质氨基酸
由常见aa经修饰而来。
（三）非蛋白质氨基酸
•150多种 •多是蛋白质中L型α-AA衍生物 •有一些是β-，γ-，δ-AA •有些是D-型AA
鸟氨酸 瓜氨酸
4.特殊氨基酸 有一些AA仅存在于少数蛋白质中，例如：
以形成D或L两种异构体。
目前已知的天然蛋白质中的AA均为L-型AA，且均是α－AA,故称 L-(α)－AA
什么是α-氨基酸？
----C-C-C-C-COOH γβα
----C-C-C-C(NH2)-COOH α-氨基酸 ----C-C-C(NH2)-C-COOH β-氨基酸
----C-C(NH2)-C-C-COOH γ-氨基酸
（四）必需氨基酸与蛋白质的营养价值
1. 必需氨基酸：机体需要但机体不能合成或合成量少， 不能满足需要，而要有食物供给的AA。
上述组成蛋白质的二十种氨基 酸中，必需氨基酸有8种
Lys（赖） Val(缬) Thr(苏) Ile(异亮)
Trp(色) Phe（苯丙） Leu(亮) Met(甲硫，蛋)
2. 蛋白质的营养价值 ① 生理价值：衡量食入蛋白质在生物机体内的利用率 食物中蛋白质在体内的利用率称为蛋白质的生理价值
1. 催化
2. 调节 3. 受体 4. 转运 5. 贮存 6. 运动 7. 结构成分 8. 防御 9. 异常功能
有些蛋白质具有主动的防护功能，抵 抗外界不利因素对生物体的干扰。
如脊椎动物体内的免疫球蛋白（抗 体），能中和外来有害物质（抗原）。
抗冻蛋白：南极水域中某些鱼类血液 中含有，保护血液不被冻凝。
（2）含羟基或硫aa
（３）酸性aa及其酰胺
（４）碱性aa
２、芳香族aa
３、杂环aa
（二）不常见的蛋白质氨基酸
由常见aa经修饰而来。
（三）非蛋白质氨基酸
•150多种 •多是蛋白质中L型α-AA衍生物 •有一些是β-，γ-，δ-AA •有些是D-型AA
鸟氨酸 瓜氨酸
4.特殊氨基酸 有一些AA仅存在于少数蛋白质中，例如：
以形成D或L两种异构体。
目前已知的天然蛋白质中的AA均为L-型AA，且均是α－AA,故称 L-(α)－AA
什么是α-氨基酸？
----C-C-C-C-COOH γβα
----C-C-C-C(NH2)-COOH α-氨基酸 ----C-C-C(NH2)-C-COOH β-氨基酸
----C-C(NH2)-C-C-COOH γ-氨基酸
（四）必需氨基酸与蛋白质的营养价值
1. 必需氨基酸：机体需要但机体不能合成或合成量少， 不能满足需要，而要有食物供给的AA。
上述组成蛋白质的二十种氨基 酸中，必需氨基酸有8种
Lys（赖） Val(缬) Thr(苏) Ile(异亮)
Trp(色) Phe（苯丙） Leu(亮) Met(甲硫，蛋)
2. 蛋白质的营养价值 ① 生理价值：衡量食入蛋白质在生物机体内的利用率 食物中蛋白质在体内的利用率称为蛋白质的生理价值
《蛋白质结构》PPT课件 (2)
• 具有手性：右手扭曲 (right-handed twist)
3. β-迂回（β- meander）: • 三个以上相邻β-sheet通过短链连接形成
三个
四个
（β-meander） （希腊钥匙）
五个 （双希腊钥匙）
4. β- 折叠筒
(β- sheet barre l)：
(1)印第安花蓝： 如 木瓜蛋
白酶
(2)希腊钥匙： 如 胰凝乳
蛋白酶
(3)闪电结构 如 磷酸丙糖异构
5. -helix-β-turn - -helix：
• 如某些噬菌体的阻遏 蛋白分子中的操纵子 结合部位； Cu-Zn SOD； 木瓜蛋白酶； 胰凝乳蛋白酶等
• 是蛋白质与DNA相互作 用的主要方式之一
-helix-β-turn- -helix
• 非典型-螺旋： N-H···O三原子不在
一条线且距离较远，常 出现在-螺旋末端。溶 菌酶、胰岛素、肌红蛋 白等
2 γ-系螺旋：
H O
- N [ CH R - CO - NH ]n CH R - C -
• 环内原子数: N=3n+5 ( n = 1, 2, 3 ……) • 代表: γ-螺旋 (5.117-helix)
第五节 结构域
一 概念：多肽链在二级结构或超二级结构基础上形成的三
级结构局部折叠区，为紧密球体，是相对独立的结构、功 能和折叠单元。
二 结构域的特性：
1. 结构域的大小: 40aa~400aa, 平均100~200aa 2. 结合方式：或单一短链相连，或大面积接触 3. 结构域与功能域 4. 结构域通常是一个折叠单元 5. 结构域的运动
Φ=00，ψ=00 多肽主链构象
二 Ramachandran 图(拉氏图， map)
生物化学 蛋白质的结构课课件
上具有相对固定的二面角
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23
不同二级结构的拉氏图
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24
α螺旋的主要内容
① 肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展；
② 螺旋形成是自发的，肽链骨架上由n位氨基酸残基上 的-C=O与n＋4位残基上的-NH之间形成的氢键起着稳 定的作用。被氢键封闭的环含有13个原子，因此α螺 旋也称为3.613-螺旋；
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10
蛋白质大小的多样性
蛋白质可大可小
☻胰岛素- A链（21aa）、 B链（30aa），大小为5.7k ☻大肠杆菌谷氨酰胺合成酶- 12个亚基组成，每一个亚
基含有 468aa。总大小为600k。 ☻α连接素（connectin)：大小为28 00k! ☻β连接素：大小为2 100k,长达 1 000nm！
除了少数环状肽链 以外，其它肽链都
含有不对称的两端： 其中含有自由α-氨 基的一端被称为氨 基端或N端，含有 自由α-羧基的一端 称为羧基端或C端。
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5
非核糖体合成肽与核糖体合成肽
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6
寡肽的理化性质
1. 两性解离
˗ 肽也有等电点，其中小肽的pI的计算方法与氨基酸相似， 但复杂的寡肽只能与多肽和蛋白质一样不能计算，只能测 定（如使用等电聚焦的手段）。
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38
蛋白质的三级结构
三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和 折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键（有时还有二硫键和金 属配位键）维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体（motif） 和结构域（domain）组成。稳定三级结构主要包括氢键、疏水键、 离子键、范德华力。
☺蛋白质是氨基酸的线性多聚物（≥51aa ） ☺1958年，Watson提出“中心法则”：DNA RNA
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不同二级结构的拉氏图
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α螺旋的主要内容
① 肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展；
② 螺旋形成是自发的，肽链骨架上由n位氨基酸残基上 的-C=O与n＋4位残基上的-NH之间形成的氢键起着稳 定的作用。被氢键封闭的环含有13个原子，因此α螺 旋也称为3.613-螺旋；
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蛋白质大小的多样性
蛋白质可大可小
☻胰岛素- A链（21aa）、 B链（30aa），大小为5.7k ☻大肠杆菌谷氨酰胺合成酶- 12个亚基组成，每一个亚
基含有 468aa。总大小为600k。 ☻α连接素（connectin)：大小为28 00k! ☻β连接素：大小为2 100k,长达 1 000nm！
除了少数环状肽链 以外，其它肽链都
含有不对称的两端： 其中含有自由α-氨 基的一端被称为氨 基端或N端，含有 自由α-羧基的一端 称为羧基端或C端。
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非核糖体合成肽与核糖体合成肽
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6
寡肽的理化性质
1. 两性解离
˗ 肽也有等电点，其中小肽的pI的计算方法与氨基酸相似， 但复杂的寡肽只能与多肽和蛋白质一样不能计算，只能测 定（如使用等电聚焦的手段）。
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38
蛋白质的三级结构
三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和 折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键（有时还有二硫键和金 属配位键）维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体（motif） 和结构域（domain）组成。稳定三级结构主要包括氢键、疏水键、 离子键、范德华力。
☺蛋白质是氨基酸的线性多聚物（≥51aa ） ☺1958年，Watson提出“中心法则”：DNA RNA
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+
CH3 S
C NH
CH2 N CH2 O CH C R
R NH CH O C
+O C源自退出H3N+
CH
高丝氨酸内酯
目录
化学法：可获得较大的肽段
多 肽 链 的 选 择 性 降 解
上一页
羟胺（NH2OH）：专一性断裂-Asn-Gly之间的肽键。也能部分裂解-Asn-Leu之间的肽键以及-Asn-Ala-之间的肽键。
O NH CH C R1
目录
O NH CH C R2 R3
O NH CH C R4
O NH CH C
水解位点
肽链
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胰 蛋 白 酶
Trypsinase ：R1=Lys和 Arg侧链（专一性较强， 水解速度快）。R2=Pro -HN-CH-CO-NH-CH-CO水解受抑。
R1 R2
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O NH CH C
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退出
末 端 基 氨 基 酸 测 定
氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多 肽链的N-端逐个的向里水解。 根据不同的反应时间测出酶水解所释 放出的氨基酸种类和数量，按反应时 间和氨基酸残基释放量作动力学曲线， 从而知道蛋白质的N-末端残基顺序。 最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水 解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度 最大。
羧肽酶(carboxypeptidase)法
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末 端 基 氨 基 酸 测 定
羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多 肽链的C-端逐个的水解AA。根据不同 的反应时间测出酶水解所释放出的氨 基酸种类和数量，从而知道蛋白质的 C-末端残基顺序。 目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y； A和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自 面包酵母。 羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的 所有C-末端氨基酸残基；B只能水解 Arg和Lys为C-末端残基的肽键。
N(CH3)2 R + O R 丹磺酰N-端氨基酸 + R SO2 丹磺酰氨基酸 O HN CH C OH 氨基酸 O H2N CH C 多肽N-端 SO2Cl 丹磺酰氯 水解 N(CH3)2 SO2 HN CH C N(CH3)2
肼解法
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末 端 基 氨 基 酸 测 定
此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水 条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其 余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩 合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。
O NH CH C R4
O NH CH C
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谷 氨 酸 蛋 白 酶 和 精 氨 酸 蛋 白 酶
NH CH C R1
水解位点
肽链
谷氨酸蛋白酶： R1=Glu、Asp(磷酸 缓冲液); R1=Glu (磷酸缓冲液或 醋酸缓冲液) 精氨酸蛋白酶： R1=Arg
化学法：可获得较大的肽段
（2）常用测定方法简介
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
A.测定蛋白质分子中多肽链的数目。 通过测定末端氨基酸残基的摩尔 数与蛋白质分子量之间的关系，即 可确定多肽链的数目。
（2）常用测定方法简介
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
B.多肽链的拆分。 由多条多肽链组成的蛋白质分子， 必须先进行拆分。
（2）常用测定方法简介
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
E.多肽链断裂成多个肽段，可采用两 种或多种不同的断裂方法将多肽样 品断裂成两套或多套肽段或肽碎片， 并将其分离开来。
多肽链断裂法：酶解法和化学法
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多 肽 链 的 选 择 性 降 解
酶解法: 胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶， 嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶
示例
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（二）、蛋白质的一级结构（初级 结构、肽链结构、化学结构）
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1. 定义：指蛋白质分 子中氨基酸连接成 肽链的方式和排列 顺序。是蛋白质最 基本的结构,它是由 基因上遗传密码的 排列顺序决定的。 它是蛋白质生物功 能的基础。
测定 每条 多肽 链的 氨基 酸组 成
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（2）常用测定方法简介
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
G.确定肽段在多肽链中的次序。 利用两套或多套肽段的氨基酸顺序 彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链 的氨基酸顺序。
示例(十肽的水解)
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A法水解得到四个小肽： A1 Ala-Phe A2 Gly-Lys-Asn-Tyr A3 Arg-Tyr A4 His-Val B法水解得到四个小肽： B1 Ala-Phe-Gly-Lys B2 Asn-Tyr-Arg B3 Tyr- His-Val
二硝基氟苯（DNFB）法
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末 端 基 氨 基 酸 测 定
Sanger法。2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与 肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物 （DNP）。 在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物 能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色 谱法进行鉴定。
白 质 一 级 结 构 的 测 定
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s s
HcoooH
SO3H SO3H
（2）常用测定方法简介
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
D.分析多肽链的N-末端和C-末端。 多肽链端基氨基酸分为两类：N-端 氨基酸(amino-terminal)和C-端氨 基酸。 在肽链氨基酸顺序分析中，最重要 的是N-端氨基酸分析法。
2.蛋白质一级结构的测定
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蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研 究的基础。自从1953年F.Sanger测定了胰 岛素的一级结构以来，现在已经有上千种 不同蛋白质的一级结构被测定。
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（1）测定蛋白质一级结构的原则
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基本要求： a、样品必需纯（>97%以上）； b、知道蛋白质的分子量； c、知道蛋白质由几个亚基组成；
H N C S: O O R2
N C O C S NH CH R1
Edman 氨 基 酸 顺 序 分 析 法
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O R1 R2
O
O
CH C NH CH C
H
NH2 CH C S R2 N C NH C O CH
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HN CH C NH CH C R1
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R1
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
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（1）测定蛋白质一级结构的原则
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遵循原则： （1）、提纯蛋白质样品。 （2）、测定NH2末端基的数目，由此确定蛋白质分子由几 条链组成。 （3）、拆开二硫键，将蛋白质分子中的几条链拆开，并 分离出每条肽链得到伸展的肽链。 （4）、肽链的一部分样品进行完全水解，测定其氨基酸 组成，由此确定各种氨基酸成分的分子比 （5）、肽链的另一部分样品进行NH2和COOH末端基鉴定。 （6）、应用两种或两种以上不同的水解方法将所要测定 的蛋白质肽链断裂，各得到一系列大小不同的肽段。 （7）、分离提纯所产生的每个肽段，并测定其氨基酸顺 序。 （8）、从有重叠结构的各个肽的氨基酸顺序中推断出蛋 白质中全部氨基酸排列顺序。
R O R n-1 O Rn O H2N CH C N-端 氨 基 酸
+
HN CH C HN CH C OH C-端 氨 基 酸 O
Rn O H H2N CH C NHNH2 +H2N CH C OH NH2NH2 C-端 氨 基 酸 氨基酸酰肼
R
氨肽酶(amino peptidases)法
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C. 二 硫 键 的 断 裂
S S
胰岛素
HO-CH2-CH2-SH
SH
SH SH SH SH SH ICH2COOH
SCH2C00H SCH2C00H
SCH2C00H SCH2C00H
SCH2C00H
SCH2C00H
（2）常用测定方法简介
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C.二硫键的断裂 蛋 应用过甲酸氧化法拆分二硫键。
O NH CH C R4
O NH CH C
R1
水解位点
肽链
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嗜 热 菌 蛋 白 酶
thermolysin：R2=Leu、Ile、Phe、 Tyr、Val、Trp、Met 等疏水性强的 氨基酸水解速度较快。 R2=Pro或Gly 水解受抑。 R1或R3=Pro 水解受抑。
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O
O NH CH C R2 R3
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O NH CH C R2 R3
O NH CH C R4
O NH CH C
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水解位点
肽链
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CH3 S
C NH
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R NH CH O C
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化学法：可获得较大的肽段
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羟胺（NH2OH）：专一性断裂-Asn-Gly之间的肽键。也能部分裂解-Asn-Leu之间的肽键以及-Asn-Ala-之间的肽键。
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O NH CH C R4
O NH CH C
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肽链
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胰 蛋 白 酶
Trypsinase ：R1=Lys和 Arg侧链（专一性较强， 水解速度快）。R2=Pro -HN-CH-CO-NH-CH-CO水解受抑。
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末 端 基 氨 基 酸 测 定
氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多 肽链的N-端逐个的向里水解。 根据不同的反应时间测出酶水解所释 放出的氨基酸种类和数量，按反应时 间和氨基酸残基释放量作动力学曲线， 从而知道蛋白质的N-末端残基顺序。 最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水 解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度 最大。
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末 端 基 氨 基 酸 测 定
羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多 肽链的C-端逐个的水解AA。根据不同 的反应时间测出酶水解所释放出的氨 基酸种类和数量，从而知道蛋白质的 C-末端残基顺序。 目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y； A和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自 面包酵母。 羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的 所有C-末端氨基酸残基；B只能水解 Arg和Lys为C-末端残基的肽键。
N(CH3)2 R + O R 丹磺酰N-端氨基酸 + R SO2 丹磺酰氨基酸 O HN CH C OH 氨基酸 O H2N CH C 多肽N-端 SO2Cl 丹磺酰氯 水解 N(CH3)2 SO2 HN CH C N(CH3)2
肼解法
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末 端 基 氨 基 酸 测 定
此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水 条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其 余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩 合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。
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谷 氨 酸 蛋 白 酶 和 精 氨 酸 蛋 白 酶
NH CH C R1
水解位点
肽链
谷氨酸蛋白酶： R1=Glu、Asp(磷酸 缓冲液); R1=Glu (磷酸缓冲液或 醋酸缓冲液) 精氨酸蛋白酶： R1=Arg
化学法：可获得较大的肽段
（2）常用测定方法简介
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
A.测定蛋白质分子中多肽链的数目。 通过测定末端氨基酸残基的摩尔 数与蛋白质分子量之间的关系，即 可确定多肽链的数目。
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B.多肽链的拆分。 由多条多肽链组成的蛋白质分子， 必须先进行拆分。
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
E.多肽链断裂成多个肽段，可采用两 种或多种不同的断裂方法将多肽样 品断裂成两套或多套肽段或肽碎片， 并将其分离开来。
多肽链断裂法：酶解法和化学法
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多 肽 链 的 选 择 性 降 解
酶解法: 胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶， 嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶
示例
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（二）、蛋白质的一级结构（初级 结构、肽链结构、化学结构）
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1. 定义：指蛋白质分 子中氨基酸连接成 肽链的方式和排列 顺序。是蛋白质最 基本的结构,它是由 基因上遗传密码的 排列顺序决定的。 它是蛋白质生物功 能的基础。
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
G.确定肽段在多肽链中的次序。 利用两套或多套肽段的氨基酸顺序 彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链 的氨基酸顺序。
示例(十肽的水解)
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A法水解得到四个小肽： A1 Ala-Phe A2 Gly-Lys-Asn-Tyr A3 Arg-Tyr A4 His-Val B法水解得到四个小肽： B1 Ala-Phe-Gly-Lys B2 Asn-Tyr-Arg B3 Tyr- His-Val
二硝基氟苯（DNFB）法
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末 端 基 氨 基 酸 测 定
Sanger法。2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与 肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物 （DNP）。 在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物 能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色 谱法进行鉴定。
白 质 一 级 结 构 的 测 定
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（2）常用测定方法简介
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蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
D.分析多肽链的N-末端和C-末端。 多肽链端基氨基酸分为两类：N-端 氨基酸(amino-terminal)和C-端氨 基酸。 在肽链氨基酸顺序分析中，最重要 的是N-端氨基酸分析法。
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R O R n-1 O Rn O H2N CH C N-端 氨 基 酸
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HN CH C HN CH C OH C-端 氨 基 酸 O
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氨肽酶(amino peptidases)法
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C. 二 硫 键 的 断 裂
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胰岛素
HO-CH2-CH2-SH
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